《工程測量》第1章教案1ppt課件

1、主講：王騰軍 副教授：72482879E-mial：工程丈量Engineering Survey.1.1 測繪學的義務(wù)及其在工程中的作用 一、測繪學的義務(wù) 1 測繪學 測繪學是研討地球的外形和大小，確定地球外表 各種物體的外形、大小和空間位置的科學。 2 測繪學的義務(wù) 根本義務(wù)是測定和測設(shè)。 3 測繪學的分支 大地丈量學、攝影丈量學、工程丈量學、地圖制圖學、海洋測繪學第一章 緒 論.二、測繪學在國民經(jīng)濟建立中的運用1 測繪學在城市規(guī)劃、建筑工程中的運用設(shè)計階段：測繪各種比例尺的地形圖，供構(gòu)造物的平面及豎向設(shè)計運用；施工階段：將設(shè)計構(gòu)造物的平面位置和高程在實地標定出來，

2、作為施工的根據(jù)；工程完工后：測繪開工圖，供日后擴建、改建、維修和城市管理運用，對某些重要的建筑物或構(gòu)筑物在建立中和建成以后都需求進展變形觀測，以保證建筑物的平安。.2 測繪學在交通工程中的運用為了確定一條最經(jīng)濟合理的道路，必需預先測繪道路附近的地形圖，在地形圖上進展道路設(shè)計，然后將設(shè)計道路的位置標定在地面上以指點施工；當?shù)缆房缭胶恿鲿r，必需建造橋梁，在建橋之前，要測繪河流兩岸的地形圖，測定河流的水位、流速、流量和河床地形圖以及橋梁軸線長度等，為橋梁設(shè)計提供必要的資料，最后將設(shè)計橋臺、橋墩的位置用丈量的方法在實地標定；當?shù)缆反┻^山地需求開挖隧道時，開挖之前，必需在地形圖上確定隧道的位置，根據(jù)丈量

3、數(shù)據(jù)計算隧道的長度和方向；隧道施工通常是從隧道兩端相向開挖，這就需求根據(jù)丈量成果指示開挖方向，保證其正確貫穿。 .1.2 地球的外形和大小丈量任務(wù)是在地球外表上進展的，而地球的自然外表有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形狀，其中海洋面積約占71%，陸地面積約占29%。地球上的質(zhì)點所受的萬有引力與離心力的合力稱為重力，重力的方向稱為鉛垂線方向。水準面：處處與鉛垂線垂直的延續(xù)封鎖曲面。水準面有無窮個。大地水準面：與假想的平均靜止海水面相吻合的水準面。大地水準面是獨一的。大地水準面是有微小起伏的、不規(guī)那么的、很難用數(shù)學方程表示的復雜曲面。將地球外表上的物體投影到大地水準面上，計算

4、起來非常困難。. 通常選擇一個與大地水準面非常接近的、能用數(shù)學方程表示的橢球面作為投影的基準面，這個橢球面是由橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢球面，稱為地球橢球面。 .1.3 丈量坐標系與地面點位確實定確定地面點位的本質(zhì)就是確定其在某個空間坐標系中的三維坐標。一、大地坐標系大地坐標又稱大地地理坐標，是表示地面點在參考橢球面上的位置，它的基準是法線和參考橢球面，它用大地經(jīng)度和大地緯度表示。P點大地經(jīng)度：過P點的大地子午面和首子午面所夾的兩面角L。P點大地緯度：過P點的法線與赤道面的夾角B。.起始子午面過P點的子午面PLBO地軸赤道SNH大 地 坐 標 系.經(jīng)過與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系聯(lián)測，經(jīng)

5、我國東北傳算過來的坐標系稱“1954北京坐標系 ，其大地原點位于前蘇聯(lián)列寧格勒天文臺中央。 我國以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地原點為起算點，由此建立的大地坐標系，稱為“1980西安坐標系 簡稱80系或西安系。.二、高斯平面坐標系1 高斯投影高斯投影是將地球按經(jīng)線劃分成帶，稱為投影帶，常用的有6帶和3帶投影。 6帶投影：從首子午線起，每隔經(jīng)度6劃分為一帶，自西向東將整個地球劃分為60個帶。帶號從首子午線開場，用阿拉伯數(shù)字160表示。位于各帶中央的子午線稱為該帶的中央子午線。第一個 6帶的中央子午線的經(jīng)度為3。那么恣意帶的中央子午線經(jīng)度與投影帶號的關(guān)系以及根據(jù)某地面點的經(jīng)度計算其投影帶號的公式為 . 3

6、帶投影：自東經(jīng)1.5子午線算起向東劃分，每隔經(jīng)差3為一帶，依次將全球劃分120帶，其帶號為1120。那么恣意帶的中央子午線經(jīng)度與投影帶號的關(guān)系以及根據(jù)某地面點的經(jīng)度計算其投影帶號的公式為 我國領(lǐng)土所處的概略經(jīng)度范圍是東經(jīng)7327至東經(jīng)09，6帶投影與3帶投影的帶號范圍分別為1323，2545。.高斯-克呂格投影NSNS.中央子午線和赤道投影為相互正交的直線投影無角度變形中央子午線投影后長度不變2 高斯坐標系以中央子午線投影為x軸，赤道投影為y軸，其交點為坐標原點。如P點坐標： x=12345678.9m； y=-168474.8m高斯坐標的構(gòu)成Y=“帶號+500Km+y，x坐標不變。P點坐標：

7、x=12345678.9m； y=20331525.2m.三、假定平面直角坐標系將測區(qū)中心點C沿鉛垂線投影到大地水準面上得c點，用過c點的切平面來替代大地水準面，在切平面上建立的測區(qū)平面直角坐標系。坐標系的原點選在測區(qū)西南角以使測區(qū)內(nèi)點的坐標均為正值，以過測區(qū)中心的子午線為軸方向。xyO平面直角坐標系.城市平面坐標系的選擇一個城市只應(yīng)建立一個與國家坐標系相聯(lián)絡(luò)的、相對獨立和一致的城市平面坐標系，并經(jīng)上級行政主管部門審查同意后方可運用。城市平面坐標系的選擇應(yīng)以投影長度變形值不大于2.5cm/km為原那么，并根據(jù)城市地理位置和平均高程而定。xyO施工坐標系Oxy數(shù)學平面直角坐標系.規(guī)定，當長度變形

8、值不大于2.5cm/km時，應(yīng)采用高斯投影一致3帶的平面直角坐標系統(tǒng)；當長度變形值大于2.5cm/km時，可依次采用投影于抵償高程面上的高斯投影一致3帶的平面坐標系；高斯投影恣意帶的平面坐標系，投影面可用黃海平均海水面或城市平均高程面；假定平面直角坐標系。所謂抵償高程面，就是當城市所處的一致3帶平面坐標系的高斯投影間隔變形值大于2.5cm/km時，經(jīng)過適中選擇間隔投影的高程面，使計算出的K值仍能滿足小于2.5cm/km的要求。其高程Hm稱為抵償高程面。 .四、WGS-84坐標系坐標系的原點位于地球質(zhì)心，z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，x軸指向BIH1984.0的零度子

9、午面和CTP赤道的交點，y軸經(jīng)過右手規(guī)那么確定。WGS-84地心坐標系可以與1954北京坐標系或1980西安坐標系等參心坐標系相互轉(zhuǎn)換。.1.4 地面點的高程一、高程地面點沿鉛垂線到大地水準面的間隔稱為該點的絕對高程或海拔，簡稱高程，通常用加點名作下標表示,如HA、HB。.二、 國家高程系統(tǒng)我國境內(nèi)所測定的高程點是以青島驗潮站歷年觀測的黃海平均海水面為基準面，并于1954年在青島市觀象山建立了水準原點，經(jīng)過水準丈量的方法將驗潮站確定的高程零點引測到水準原點，也即求出水準原點的高程。新中國成立后，1956年我國采用青島驗潮站1950年1956年7年的潮汐記錄資料推算出的大地水準面為基準引測出水準

10、原點的高程為72.289m，以這個大地水準面為高程基準建立的高程系稱為“1956年黃海高程系 ，簡稱“56黃海系。.80年代，我國又采用青島驗潮站1953年1977年25年的潮汐記錄資料推算出的大地水準面為基準引測出水準原點的高程為72.260m，以這個大地水準面為高程基準建立的高程系稱為“1985國家高程基準 ，簡稱“85高程基準。在水準原點，85高程基準運用的大地水準面比56黃海系運用的大地水準面高出0.029m。.1.5 用程度面替代水準面的限制一、地球曲率對程度間隔的影響 角普通很小，故略去五次方以上各項，并將 代入，得： 當S=10Km時，s/s=1/1217700，小于目前精細測距

11、的允許誤差，因此在半徑為10Km的范圍內(nèi)進展間隔丈量時，可不思索地球曲率的影響。.二、地球曲率對程度角的影響 由球面三角學可知，多邊形在球面上投影的各內(nèi)角之和，較其在平面上投影的各內(nèi)角之和大一個球面角超，它的大小與圖形面積成正比。其公式為： 式中，P為多邊形面積，R為地球曲率半徑，為206265 當P為100Km2時， =0.51，由此可知：在面積為100Km2范圍內(nèi)，地球曲率對程度角的影響只需在精細丈量中才思索，普通丈量任務(wù)不用思索。.三、地球曲率對高差的影響 上式中可用s替代t，h與2R相比，可忽略不計，那么上式可寫成： 當s=100m時，h=0.8mm，由此可見：地球曲率對高差的影響，即

12、使在很短的間隔內(nèi)也必需加以思索。.1.6 地面點確實定方法 測繪學的根本義務(wù)是確定空間點的位置，空間點的位置通常用三維坐標表示。其方法有：投影三維定位；直接三維定位。一、投影三維定位 將空間點沿基準線投影到基準面上，確定該點在投影面的位置和它沿基準線到投影面的間隔。將空間點沿橢球面的法線投影到橢球面上，該點的投影位置用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示，它到投影面的間隔用大地高H表示；將空間點投影到高斯平面或任一水準面的切平面上，用x，y表示投影位置，用該點的正常高表示該點到投影面的間隔。.投影三維定位的根本要素：程度距、程度角、高差程度距 空間點在投影平面上的投影長度。程度角 由一點出發(fā)的兩空間直線間構(gòu)成的空間角在投影平面上的投影角。豎直角 空間直線與程度面或天頂方向間的夾角。xyMABODhP.二、直接三維定位 直接確定空間點在空間大地直角